Вы вошли как ГостьПриветствую Вас, Гость
Главная » 2013 » Июль » 26 » Топливо энергетики.
11:31
Топливо энергетики.

Наиболее типичным методом получения электроэнергии для современной промышленности и народного хозяйства являются тепловые электрические станции (ТЭС). Общий принцип работы ТЭС одинаков для всех стран и массово-размерных групп ТЭС (от домашних, на 1-2 кВт, до промышленных на 3-5 тысяч МВт). Электрическая энергия получается в результате электромагнитных процессов в обмотках статора (неподвижной части электрической машины) при вращении в ней ротора (подвижная часть). Вращение ротор получает от паровой турбины, которую крутит перегретый пар. Пар получает энергию в пароподогревателе и пароперегреватели (две области, по сути, одного прибора). Тепло передается теплообменнику от продуктов сгорания топлива в атмосферном кислороде.

Таким образом, энергия химических связей топлива, в итоге превращается в электрическую энергию в проводах электросетей. Разберем эти процессы подробнее.

Вначале, топливо (уголь) подвозят на ТЭС и отгружают в хранилище, где им наполняют приемник цепного ковшового элеватора (наклонный конвейер с закрепленными на нем черпалками – ковшами). Элеватор поднимает мелкие куски и крошку угля на высоту силоса (рисунок 1, топливо обозначено розовым цветом). Из силоса, под действием силы тяжести и вибрации конструкции, топливо ссыпается в приемник шнекового питателя (что-то вроде мясорубки, но винт только подает массу без ее перемалывания). На рисунке, внутри шнекового питателя условно показан спиральный шнек.

Из питателя топливо ссыпается (показано дуговой пурпурной стрелкой) на колосниковую решетку (обозначена красным пунктиром) и сгорает в восходящем потоке воздуха. Пламя и область горения показаны золотистыми всполохами, воздух подается насосом Н2, через рукавный фильтр.

Поднимающиеся вверх продукты сгорания омывают трубы парообразователя, вода, находящаяся в нем, вскипает и достегает температуры порядка 200-500оС (в зависимости от типа, размера и даты постройки электростанции). Давление пара при этом около 10-50 атм., то есть, пар перегретый. Зола, образующаяся при сгорании угля, падает в приемник золы и выгружается (показано пурпурной треугольной стрелкой).

Продукты сгорания уходят в трубу через лабиринт фильтра, где оседает часть сажи и большая часть легкой золы. Пар из парообразователя попадает в турбину (голубая стрелка), где расширяется, производя работу по вращению турбины. При этом падает температура и давление пара, на выходе из турбины имеем пар при 1-3 атм. избыточного давления и 120-140оС. Для повышения эффективности турбины, а также, увеличения КПД (коэффициент полезного действия) установки в целом, используют охлаждение отработанного пара в кожухо-трубчатом теплообменнике. Для этих целей может использоваться вода из водоемов, или предварительное охлаждение пара технологической оборотной водой, например, из систем отопления. На рисунке, вода водоема показана зеленым цветом.

В теплообменнике происходит конденсация пара до воды с температурой 20-60оС, в результате чего, резко снижается ее объем и падает давление. Образующееся разряжение помогает следующей порции пара вращать турбину.

Вода попадает в напорный резервуар (показано синим), откуда подается насосом Н1 в парообразователь печи. Цикл замкнулся. Буквой "М” обозначен электрогенератор, присоединенный к валу турбины через соединительную муфту (для удобства монтажа, муфта на рисунке не показана). Электрический ток от генератора попадает на трансформатор, Т после преобразования, подается в ЛЭП (линия электрической передачи) к потребителям. Желтой волнушкой обычно обозначают переменное напряжение на клеммах электрических цепей.

В паровой турбине изображены шесть поперечных прямоугольников, так могли бы быть обозначены ступени турбины, то есть пары: блок направляющих сопл и венец крыльчатки турбины. На практике, для крупных ТЭС используют 12-30 степеней расширения пара. Это повышает КПД установки и плавность хода турбины.

Этот пример кратко описывает наиболее типичную электростанцию, работающую на крошке угля. Если уголь крупными кусками, тогда его загружают ковшовым элеватором прямо в приемник печи, обходясь без шнека. Если уголь в виде пыли, тогда его подают шнеком в смеситель, где его подхватывает небольшое количество воздуха и выносит в печь в основной воздушный поток. Этот метод называется – камерное сжигание твердого топлива, его применяют для сжигания на ТЭС и ТЭЦ (тепловая и электрическая централь, отличается тем, что не обязательно производит электроэнергию, но, всегда пар для технологических нужд или отопления) различного твердого топлива, в том числе отходов химической промышленности (например, щелок или отходы лигнина).

Если топливо жидкое (нефтепродукты, жидкие отходы химпрома и др.), тогда еще проще, их просто распыляют через форсунки прямо в камере сгорания. Форсунка, в этом случае – деталь из высокопрочной и термостойкой стали, выполняющая функцию сопла и имеющая некоторое количество мелких отверстий для распыления топлива в камере сгорания. Работу форсунки можно себе представить, наблюдая за работой паяльной лампы.

Лучший вариант, если топливо газообразное, тогда нет фазы испарения топлива в токе горячего воздуха, что приводит к лучшим условиям смешения топлива с воздухом. Это позволяет уменьшить размеры камеры сгорания и повысить полноту сгорания топлива (все видели, что горящая резина коптит намного больше, чем газовая печь).

КПД тепловых электростанций пока оставляет желать лучшего, если КПД электрогенератора составляет около 98-99%, то КПД паровой турбины 20-40%. При этом, чем больше размеры ТЭС, тем выше ее КПД, так как проще обеспечить теплоизоляцию нагревающих поверхностей, оптимальные условия смазки, центровки, регулирования, подвода компонентов и др. Отдельно стоит сказать о автоматизации. Все процессы на любой электростанции управляются автоматикой, датчики собирают сведения (температуры, давления, чистота выхлопа, частота вращения турбины, расходы компонентов и др.), микропроцессоры (ЭВМ) обрабатывают сведения и в соответствии с заданными программистами и операторами алгоритмами, управляют исполнительными органами (вентили, задвижки, конвейеры, шнеки, насосы и др.). Чем электростанция больше и мощнее, тем более дорогую и эффективную (точную, быстродействующую) автоматику можем на нее поставить. Поэтому, более экономически целесообразно строить крупные тепловые электростанции.

С другой стороны, если вокруг этой ТЭС сконцентрировать много предприятий различного назначения, потребляющих электроэнергию этой станции, то это резко усугубит экологическую ситуацию в регионе. Подобных промышленных мегаполисов в мире предостаточно, и жить в них не особенно комфортно. Передача электроэнергии от производителя к потребителям на большое расстояние (более 100 км) не очень целесообразно, так как при этом много электроэнергии теряется на реактивное и активное сопротивление проводов и контактных элементов. Кроме того, при этом образуется мощное электромагнитное поле на всей протяженности ЛЭП, что неприятно для всех живых существ в этом регионе.

За последние 60 лет разработано множество методов снижения потерь при передаче электроэнергии, и повышения экологической безопасности этого процесса. Например, использование коаксиального кабеля (один проводник покрыт сверху слоем другого проводника, как трубой, между ними проложен электроизолирующий материал), который позволяет снизить потери на образование электромагнитного поля в разы, по сравнению с классической двухпроводной сетью. Другой метод начали внедрять в Великобритании и Скандинавских странах еще в 60-е годы прошлого века, он заключается в использовании в качестве одного из проводников земной коры. Этот метод может найти только ограниченное применение из-за некоторого воздействия на организмы, обитающие в почве. Но, он позволяет снизить затраты на провода ЛЭП в два раза при общем снижении сопротивления цепи на 10-30% (так как сечение "земляного” проводника близко к бесконечности, то его реальное сопротивление мало).

Недавние успехи Российских ученых в области исследования сверхпроводимости открывают новые перспективы в модернизации электросетей. Но, как это обычно бывает, если открытие не позволяет получать больше прибыли при тех же затратах, его не торопятся внедрять. В наш век капитализма и поклонения одному идолу – прибыли, об экологии и безопасности мало кто задумывается. Здесь можно решать проблему только на государственном и международном уровне, но это слишком массивные структуры, чтобы быстро двигаться.

Эффективность и удельная мощность ТЭС также зависит от характеристик топлива. Наилучший вариант, как это уже было сказано, это природный газ. Нулевая зольность и высокая теплота сгорания (порядка 52 МДж/кг.). Высокая теплотворная способность связана с небольшой длиной углеводородных скелетов и газообразным состоянием, так как это менее энергетически выгодное сочетание, чем для жидких нефтепродуктов (43-45 МДж/кг.). Широко используемые на сегодняшний день угли имеют весьма скромные показатели: высокая зольность, низкая экологическая безопасность, проблемы с загрузкой топлива в камеру сгорания и невысокая теплотворная способность (20-36 МДж/кг.).

Сжигая любое ископаемое топливо, мы должны помнить, что вносим в биологический оборот дополнительный углерод, который был столько миллионов лет аккумулирован в земных недрах. Это не может не сказаться на экологической обстановке в мире. Один из результатов этого процесса – постепенное глобально потепление или, "так называемый” парниковый эффект. Об этой проблеме столько сказано, написано и снято на видео, что даже специалистам уже сложно разобраться, где здесь истина, а где сказки и дезинформация. Причина в слишком больших деньгах, вращающихся в сферах энергетики, топлива и экологии, и, конечно же, в изобилии заинтересованных сторон. Чьи интересы подчас взаимно противоположны.

Мы продолжим развитие этих и других тем еще не раз.

Категория: Топливо и энергетика | Просмотров: 1737 | Добавил: Chemadm | Теги: топливная энергетика, ТЭС, тэц | Рейтинг: 4.9/23
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]